超氧化物歧化酶（生物体内存在的一种抗氧化金属酶）

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更新时间：2023-05-22
超氧化物歧化酶
生物体内存在的一种抗氧化金属酶
超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）是生物体系中抗氧化酶系的重要组成成员，广泛分布在微生物、植物和动物体内。
基本信息
中文名
超氧化物歧化酶
别名
SOD
发现时间
1969年
应用领域
生化制药
作用
能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧和过氧化氢，在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用
外文名
Superoxide Dismutase
收起
基本简介
概念
超氧化物歧化酶（SuperoxideDismutase，SOD）是生物体内存在的一种抗氧化金属酶，它能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧和过氧化氢，在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用。
分类
按照SOD中金属辅基的不同，大致可将SOD分为三大类，分别为Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD。
①Cu/Zn-SOD：呈蓝绿色，主要存在于真核细胞的细胞质内，被认为存在于比较原始的生物类群中且分布最广的一种。
②Mn-SOD：呈粉红色，主要存在于原核生物和真核生物的线粒体中。
③Fe-SOD：呈黄褐色，主要存在于原核细胞中。它们可以有效地清除超氧阴离子自由基（带有1个未成对电子的同时，还带有1个负电荷），避免其对细胞过度的损伤，具有抗氧化、抗辐射及抗衰老等功能。
分布
①大多数原始的无脊椎动物细胞中都存在Cu/Zn-SOD，脊椎动物则一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、猪、牛等红细胞和肝细胞中含Cu/Zn-SOD，且其主要存在于细胞质，同时也存在于线粒体内外膜之间。而从人和动物肝细胞中也纯化了Mn-SOD，其一般存在于线粒体基质中。
②植物细胞中的Fe-SOD主要存在于叶绿体中。
③真菌里一般含Mn-SOD和Cu/Zn-SOD。大多数真核藻类在其叶绿体基质中存在Fe-SOD，类囊体膜上结合着Mn-SOD，而多数藻类中不含Cu/Zn-SOD。
结构
①Cu/Zn-SOD：其活性中心包括一个Cu离子和一个Zn离子。研究表明，Cu的存在是Cu/Zn-SOD活性所必需的，它直接与超氧阴离子自由基作用，而Zn周围环境拥挤，没有直接裸露在反应溶液中，不直接与超氧阴离子自由基作用，起到稳定活性中心周围环境的作用。二价铜离子与其周围四个组氨酸上的氮原子以配位键结合，构型是一个畸变的近平面四方形。Zn的周围有三个组氨酸通过氮原子与之配位，其中一个组氨酸被Cu和Zn所共用，形成―咪唑桥‖结构。另外，Zn还同一个天冬氨酸残基配位，使Zn形成畸面四面体配位构型。
②Mn-SOD：由203个氨基酸残基构成。活性中心为Mn(Ⅲ)，配位结构为五配位的三角双锥，其中一个轴向配体为水分子，另一轴向位置的配位基为His-28蛋白质辅基，在赤道平面上是蛋白质辅基His-83，Asp-166和His-170。酶的活性部位在一个主要由疏水残基构成的环境里，两个亚基链组成一个通道，构成了底物或其它内界配体接近Mn(Ⅲ)离子的必经之路。
反应机理
超氧化物歧化酶
SOD的催化作用是通过金属离子M(氧化态)和M(还原态)的交替电子得失实现的。一般认为超氧阴离子自由基首先与金属离子形成内界配合物，M被体内的超氧阴离子自由基还原为M，同时生成O2，M又被HO2氧化为M，同时生成H2O2。而SOD又被氧化为初始氧化态的SOD。最后，H2O2在过氧化氢酶的作用下，被催化分解为水（H2O）和O2。
测定方法
超氧化物歧化酶活性的主要测定方法有直接法、邻苯三酚自氧化法、细胞色素C还原法、化学发光法及荧光动力学法等。近年来又建立了多种新方法，如免疫学方法、简易凝胶过滤扩散法、极谱氧电极法、微量测活方法等。
1.直接法原理是根据O2或产生O2的物质本身的性质测定O2的歧化量，从而确定SOD的活性。经典的直接法包括：脉冲辐射分解法、电子顺磁共振波法（EPR）、核磁共振法。由于所需的仪器设备价格昂贵，一般较少应用。
2.邻苯三酚自氧化法：原理是基于经典的分光光度法，在碱性条件下，邻苯三酚自氧化成红桔酚，用紫外-可见光谱跟踪波长为325nm、420nm或650nm（经典为420nm），同时产生O2，SOD催化O2发生歧化反应从而抑制邻苯三酚的自氧化，样品对邻苯三酚自氧化速率的抑制率，可反映样品中的SOD含量。本法具有特异性强，所需样本量少（仅50μl），操作快速简单，重复性好，灵敏度高，试剂简单等优点。
3.细胞色素C还原法：原理是黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶体系中产生的O2使一定量的氧化型细胞色素C还原为还原型细胞色素C，后者在550nm有最大光吸收。在SOD存在时，由于一部分O2被SOD催化而歧化，O2还原细胞色素C的反应速度则相应减少，即其反应受到抑制。将抑制反应的百分数与SOD浓度作图可得到抑制曲线，由此计算样品中SOD活性。本法是间接法中的经典方法，但本法灵敏度较低。
4.化学发光法：原理是黄嘌呤氧化酶在有氧条件下，催化底物黄嘌呤或次黄嘌呤发生氧化反应生成尿酸，同时产生O2。后者可与化学发光剂鲁米诺反应，使其产生激发。SOD能清除O2从而抑制鲁米诺的化学发光。本法可应用于SOD的微量测定，不仅灵敏度高，简便易行，而且特异性与准确性至少与细胞色素C还原法类似。
5.免疫学方法：其测定的是SOD活性，免疫学方法则可测定样品中SOD的质量，因此特异性较好，是较理想的测定SOD方法，免疫法有放射免疫法、化学发光免疫分析法、ELISA法等。但其缺陷是只能测定抗体相应的抗原，对于检测不同种类的SOD，则须制备相应的特异性抗体，手续繁琐。